聚四氟乙烯盘根的研制及应用

　　摘 要：介绍了聚四氟乙烯盘根的性能及试制聚四氟乙烯盘根的工艺过程并对该厂自制的聚 四氟乙烯盘根在各种密封部位的应用进行了分类归纳。

　　关键词：密封材料;聚四氟乙烯;盘根;研制;应用

　　1、 聚四氟乙烯盘根的性能作为一种新型密封材料，聚四氟乙烯盘根具有其独特的优异性能。

　　( 1 ) 聚四氟乙烯盘根具有突出的耐腐蚀性能。可耐强酸、强碱、各种有机溶剂等的腐蚀。

　　只在熔融的碱金属、氟气流、三氟化氯等强腐蚀介质中才会受到侵蚀。

　　( 2 ) 聚四氟乙烯盘根，在温度250 ℃、压力19.6MPa以下,滑动线速度为5一10 m /s,且在润滑条件下使用时不会被烧坏。

　　( 3 ) 与石棉盘根相比,聚四氟乙烯盘根可在高压、高温、高速等恶劣条件下使用。

　　( 4 ) 由于聚四氟乙烯盘根线股连接分布均匀,作为填料使用,虽经多次反复挤压,填料的弹性也无多大变化,因而使用寿命较长。

　　( 5 ) 聚四氟乙烯盘根的摩擦系数很小(对金属的摩擦系数低至0.07,自摩擦系数为0.01 ),加有填加剂石墨、二硫化氟的填充聚四氟乙烯盘根,摩擦系数更小,不会使对磨材料磨损。

　　( 6 ) 此种盘根用于电动阀门、泵用填料密封,与石棉盘根相比,起动电流和运转电流均下降明显，因而节能显著。

　　( 7 ) 自润滑性能优良,可在无油或少油的情况下长期使用。

　　国外已广泛在设备密封中采用聚四氟乙烯盘根,而在我国尚未普及,国内生产此种盘根的厂家也很少。我厂为了解决设备密封同题,不断引进各种新型密封材料,对此种盘根进行了试制和应用,现将我们试制过程及使用情况介绍于后。

　　2、聚四氟乙烯盘根试制的工艺过程

　　关于聚四氟乙烯盘根的制作，国内一些单位采用车丝编织法。具体作法是,将悬浮聚四氟乙烯树脂冷压成为棒材,烧结成型之后用车床车削成丝带,然后合绳进行编织。此种工序较为复杂，制品造价高，不宜推广。

　　我们采用分散树脂,在高压缩比的情况下,推压成为线材,然后压延成为带材,直接进行编织,或者经过烧结之后进行编织具体工艺流程为：

　　原料选择一物料配制一混合一熟化一预成型一挤压一压延一合绳一编织一产品检验一入库

　　现对各工艺过程说明如下。

　　2 1 原料的选择

　　生产聚四氟乙烯盘根所用的树脂为分散型聚四氟乙烯树脂。

　　我国仅有上海市有机氟材料研究所、晨光化工研究院、山东济南化工厂等为数不多的几个单位生产此种树脂。

　　按使用用途区分,此种类型的树脂可分为低压缩比分散树脂 ( L R R )、中压缩比分散树脂( M R R ) 以及高压缩比分散树脂 (HRR)。我们在聚四氟乙烯盘根制作过程中,采用的是日本旭肖子CD一1 型以及晨光工研究院低压缩比树脂。

　　2.2 物料的配制

　　聚四氟乙烯盘根可分为纯的和加有填充剂的两种。对于含有填充剂的盘根,在制作前需要进行物料配制。

　　填充聚四氟乙烯盘根,按照其用途的要求,可选用不同的填充剂。

　　常用的填充剂有二硫化铝、石墨粉、碳素纤维、聚苯芳香族聚脂树脂等。应根据盘根使用条件确定其配比。例如,泵用盘根,由于是在高速运转下工作,除要求盘根密封性能好外,还要求其必须耐磨,在此情况下固体润滑剂所占比例就应适当提高。高压用的盘根，必须有足够的强度，在制作过程中，配料时还应加一定数量的补强剂。所用助剂为石腊油、煤油、石脑油、溶剂油等。我们采用石腊油和溶剂油,两者按2:l (体积 比) 相混。

　　物料与助剂的配比一般取 1 0 0：1 8 ~ 2 5(重量比),其中助剂加入量,夏夭可取上限,冬夭由于气温低、挥发小,可取下限值。

　　2 3 物料的混合

　　将配制好的物料放入干燥、清洁的玻璃容器内,物料的装入量一般不能超过瓶容积的2 /3,拧紧瓶盖,使助剂不泄漏,然后将容器紧固在回转式混料机中进行混料。工艺参数为：混料机转速~ 30 r/ m i n ;混料机圆盘倾斜角300~400;混料室环境温度不能超过19℃，0℃以下;混料累计时间应在4小时以上。

　　2.4 物料的熟化

　　为了使物料更均匀、充分地吸收助剂,从而保证预成型和挤出制品性能一致、外表均匀,必须将混合好的物料置于温度为30 ~35℃的环境中，放置时间为2 4小时。

　　我们采用了油电两用恒温培养箱,该仪器调温范围为20~ 40℃ 。

　　2.5 预成型

　　预成型是为了排出混合物料中的气体,避免挤压成型时产生气泡和减少混合物料的体积 增加每次挤出时的加入量预成型的压力为 0.98 ~ 2.94 MPa(10 ~30kg/ cm 2),预成型物的直径应,小于挤压机装料室的直径。我们采用的挤压机装料室的直径为50m m ,预成型模具的直径设计为48 mm。

　　预成型过程,不宜一次加压成型,而应多次加压,千万不能超压。压力过大,大量的助剂被挤 出,挤压时制品易发生干裂,造成挤压困难。

　　预成型好的制品若不及时挤压,可存放于密闭的容器中,以防助剂挥发。

　　2.6 挤压

　　挤压过程是将预成型的大体积物料挤压成一定直径的线材,粒子沿力的方向拉长而纤维化。

　　挤压过程具体参数如下：

　　挤压机容积 Φ50×150

　　口 模直径 按压缩比选择

　　口模长径比 10 ~ 16

　　口模锥角与芯模锥角 40°

　　装料室温度 3 0 ℃

　　口模控制温度 5 0 一 5 5℃

　　挤压速度 2一 5m / min

　　几点说明：

　　( l ) 挤压时,环境温度不能太低,环境温度高对挤压过程有利。

　　( 2 ) 口模温度的选择应以助剂为准。助剂易挥发,温度可选择低一些;助剂沸程高,口模温度可相应提高。通常,温度过高,助剂易挥发,挤出的线材易于开裂;温度太低,树脂流动性差,制品表面粗糙、且强度低。

　　操作过程中,口模温度应慎重选择。

　　( 3 ) 压缩比的确定，以树脂的压缩比而定。尽量接近树脂的压缩比,以高值为宜。

　　( 4 ) 挤压速度

　　挤压速度应控制在 2 ~ s m / m i n。速度过快,挤出的线材纤维化差、制品强度低;速度过慢则效益较差。

　　2.7压延

　　将挤压之后的线材压延成一定厚度的带材,以使聚四氟乙烯粒子沿压延力的方向进一步拉长纤维。正确的压延条件是：辊筒直径应大于350 mm 以上，辊筒温度在 40 ~60℃之间,压延线速度应控制在 0.5 ~ 5m / min 。

　　压延过程应分两次进行,第一次辊筒间隙应调节在0.15 m m 左右,第二次压延辊筒间隙应调节至0.10 mm 。

　　注意事项：

　　( l ) 压延时,如环境温度过低,对辊筒应安装加温设备。

　　( 2 ) 两辊筒平行度应有严格的误差要求,圆柱度误差不得超过士0.02。

　　( 3 ) 辊筒光洁度应在▽10以上。所得压延带如制作高压盘根,需进行烧结后方可应用。一般情况下可不必烧结,直接合绳。

　　2.8 合绳 -

　　将压延之后的带材合成一定直径的细绳。合绳的方式可采用双联拧绳机或者大拧绳机。

　　前者合成绳单扭直径为3~8 mm ,后者合成绳直径为8 ~ 32 mm。线绳可以合成单股或多股,这应根据盘根的规格而定。

　　笔者曾采用X W D一3型行星摆线针轮减速机 (减速比为11,电机功率 1.5k w，电机转数1400 r/ m in) 进行合绳,采用 X W ED一42 型行星摆线针轮减速机 (传动比89,电机功率 0.4 kw,电机转速 1380r/ m in ) 进行缠绕。

　　2.9 编织

　　聚四氟乙烯盘根就形状而言,有方型、圆型、穿心方型等,大规模的工业生产应根据产品规格选择不同的编织机。

　　3、聚四氟乙烯盘根的应用

　　聚四氟乙烯盘根的用途极为广泛,凡是用石棉盘根的密封部位均可用聚四氟乙烯盘根代替。

　　近年来我厂将我们自制的聚四氟乙烯盘根用于诸多密封部位,现分类归纳如下。

　　3.1 在低湿系统密封布位的应用

　　我厂液氮、滚氧、液氯、液氢、低温空气等深冷系统的各类阀门,多在-40℃~-200摄氏度低温下使用。原采用石棉盘根密封,由于石棉盘根在低温下易硬化、失去弹性，因而密封效果很差。改用聚四氟乙烯盘根后,由于聚四氟乙烯耐低温性能好,不硬化、回弹力优良,因而密封性能极佳,很少发生泄漏,使用寿命较长。

　　3.2 在腐性介质中的应用

　　我厂硝酸及纯碱系统的酸液、碱液的阀门密封均大量采用聚四氟乙烯盘根,密封效果甚佳。

　　3.3 在各种类型泵中的应用

　　采用聚四氟乙烯盘根作为泵填料密封时,其轴套不能采用铸铁轴套,而必须用不锈钢或碳钢轴套，轴套光洁度不得低于▽7。

　　否则起动瞬间温度过高,而致使密封失效。如用铸铁轴套,必须研磨后方才采用。

　　3 4 化工容器封头的密封

　　较大口径化工容器的封盖密封采用聚四氟乙烯盘根效果甚佳。采用此盘根,只需将其 (合适规格) 镶嵌在沟槽内即可。

　　3.5 有机溶剂介质的密封

　　有机溶剂、油类等浸透能力特强,一般密封材料难以密封。聚四氟乙烯盘根在有机溶剂中不溶,防渗性能较好,密封功能甚佳。

　　聚四氟乙烯盘根目前生产厂家不多,推广应用还不够普遍。但在化工生产中应用前景极为可观,我们应当重视此种密封材料的研制和应用,以使其在化工设备机泵的密封中发挥作用。

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